在102年以前,美国商务部专利与商标局发布过一项禁令,内容是禁止授予永动机类申请以专利证书。这项禁令在很多国家都有,不过历史上无数的人都痴迷于永动机的制造,但是大部分科学家都认为永动机是制造不出来的。
古往今来,很多科学家都曾经致力于研究永动机,就连达芬奇都设计过。不可否认的是如果永动机制造成功那么将会对人类的历史带来非法的意义,但是永动机可以实现吗?
什么是永动机?
一听“永动机”,我们第一反应应该想的是一直转动的机械,其实永动机的官方解释是一种不需外界输入能源、能量或者在仅仅有一个热源的条件下便可以不断运动并且对外做功的机械。简单来说就是一种可以源源不断的做功但是不消耗能量的机械。
在科学界一般把永动机分为两类,一类是不消耗能量而可以永远对外做功的机器,被称为“第一类永动机”;还有一类是在没有温度差的情况下,从自然界中的海水或空气中不断吸取热量然后可以转变为机械能的机器,被称为“第二类永动机”。
为什么永动机是不可能制成的呢?
在能量守恒定律里,机械是不可能不靠任何能量来运转的。换种说法就是热学第一定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到其他物体,而能量的总量保持不变。一般机械运动都会有一定的摩擦,一部分机械能都会转换为内能,所以这就违背了“第一类永动机”。
这样看来能量守恒定律是符合第二类永动机的,有些人就思考大自然中有那么多的资源,可以实现将能源全部转换不就好了,即制造出从单一热源吸热然后将其完全变为有用功而不产生其他影响的机械。
虽然说大海里有的是氢元素和氧元素,但是要使其完全转变为能量就有点困难了。这个时候就有了热力学第二定律:如果没有任何消耗,不可能使热从低温转移到高温。也就是内能不可能在不消耗的情况下全部转变为机械能,这样也就违背了“第二类永动机”。
所以在研究永动机的历史上出现的都是失败,虽然到今天还是有很多人试图研究出永动机,但是这都是注定失败的。永动机的制作违背了基本的自然规律,那就是能量守恒定律。能量守恒定律用了100多年的时间在大量的实验事实基础上总结出来的,而永动机的失败也为能量守恒定律的确定提供了一定的事实依据。
能量守恒定律的存在就注定了永动机实现的不可能
因为能量守恒定律的核心就是能量的产生和消失都是守恒的。也就是说只有物体在运动那么就会消耗能量,那说到这里我们就有了一个疑问,既然永动机是不可能实现的,那么为什么我们的地球已经运行了46亿年呢?
这里首先说明由于地球没有对外做功,所以地球不是“永动机”。地球的自转是由于气体云会向引力较大的地方聚集,随着引力的增大,角动量必须守恒,因此地球就需要自转。
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